• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Лекція №7. нУКЛЕІНОВІ КИСЛОТИ. БУДОВА, БІОЛОГІЧНА РОЛЬ. БІОСИНТЕЗ БІЛКА

План лекції:

1. Роль нуклеїнових кислот у живому організмі.

2. Типи нуклеїнових кислот, будова ДНК і РНК.

3. Загальне уявлення про механізм біосинтезу білка.

Література: [1] с. 58-65; с. 168-177.

Нуклеїнові кислоти були відкриті в 1868 році швейцарським хіміком Ф. Мішером. Учений виділив ці речовини з ядер кліток і назвав їх нуклеїном (від лат. nucleus – ядро). Однак більш докладне вивчення цих сполук було проведе-но лише наприкінці 40-х років нашого сторіччя. Великий внесок у розшиф-ровку складу і ролі нуклеїнових кислот внесли хіміки П. Левін, Е. Чаргафф, Дж. Уотсон, Ф. Лемент, Б.В. Кедровський, А.М. Бєлозерський, А.С. Спірін і інші.

Нуклеїнові кислоти – це клас полімерів, відповідальних за збереження і передачу генетичної інформації, а також її реалізацію в процесах синтезу клітинних білків. Вони універсальні компоненти всіх живих організмів. Нуклеїнові кислоти являють собою речовини білого кольору, у вільному стані погано розчинні у воді.

Ці сполуки мають високу молекулярну масу (мільйони Да), містять близько 15 % Нітрогену і 10 % фосфору, відрізняються різко вираженими кислотними властивостями (за рахунок фосфорної кислоти) і при фізіологічному значенні рН несуть високий негативний заряд, унаслідок чого рухливі в електричному полі.

Хімічний склад і будова. Молекула нуклеїнової кислоти являє собою полінуклеотид, що складається з великого числа мононуклеотидів. Мононуклеотиди можуть по-різному розташовуватися в молекулі полінуклеотида, що обумовлює різноманіття нуклеїнових кислот у природі.

Кожен мононуклеотид складається з азотистої основи (пуринової або піримідинової), вуглеводу – пентози (рібози або дезоксирібози) і фосфорної кислоти. Мононуклеотиди позначають за назвою азотистої основи, що входить до їхнього складу: цитидинмонофосфат (ЦМФ) або цитидинмонофосфорна кислота; урідинмонофосфат (УМФ) або урідинмонофосфорна кислота; аденозінмонофосфат (АМФ) або аденозінмонофосфорна кислота; гуанозінмонофосфат (ГМФ) або гуанозінмонофосфорна кислота.

Найбільше значення з азотистих основ мають дві пуринових основи (похідні пурину) – аденін (6-амінопурин) і гуанін (2-аміно-6-гідроксипурин) і три піримідинових (похідні піримідину) – тимін (5-метилурацил), цитозин (2-гідрокси-6-амінопіиримідин) і урацил (2,6-гідроксипіримідин), що у складі нуклеїнових кислот представлені в кетоформі. До складу нуклеїнових кислот входять вуглеводи: рибоза, дезоксірибоза.

Пуринові або піримідинові основи, рибоза і дезоксирибоза і фосфорна кислота зв'язані в молекулах нуклеотидів однаково. Пентози приєднуються до нітрогену основ через глікозидні зв'язки у пуринових основ у дев'ятому положенні, у піримідинових – у третьому.

При гідролізі мононуклеотидів утворюється два види продуктів: сполуки азотистої основи з пентозою і вільна фосфорна кислота або азотиста основа і пентозофосфорний ефір. При цьому вуглевод знаходиться посередині молекули мононуклеотиду, будучи сполучною ланкою між азотистою основою і фосфорною кислотою.

Сполуки азотистої основи (наприклад, аденіну) з пентозою називають нуклеозидом. Нуклеозиди являють собою двокомпонентні речовини, приєднуючи фосфорну кислоту вони перетворюються в мононуклеотиди – трикомпонентні сполуки. Фосфорна кислота приєднується до нуклеозидів за рахунок складноефірних зв'язків зі спиртовим гідроксилом пентози.

За складом вхідних у нуклеїнові кислоти вуглеводів розрізняють дезоксирибонуклеїнову (ДНК) і рибонуклеїнову (РНК) кислоти.

Дезоксирибонуклеїнова кислота. ДНК локалізується, в основному, в ядрах кліток (у хромосомах) і лише незначна кількість її виявлена в мітохондріях і хлоропластах. Молекулярна маса складає (0,5–20) × 10⁶ Да й вище. Основна функція ДНК полягає в тому, що вона є носієм-хронителем генетичної інформації. У ній закодовані всі спадкоємні властивості організму, у першу чергу всі структури білків і, отже, особливості обміну речовин. Це обумовлено визначеною послідовністю розташування азотистих основ у структурі ДНК.

До складу ДНК входять азотисті основи: аденін (А), гуанін (Г), тимін (Т) і цитозин (Ц), вуглевод – дезоксирибоза і фосфорна кислота. Первинна структура молекули являє собою унікальну послідовність з'єднаних між собою мононуклеотидів за типом 3,5-зв'язку. У нуклеотидах виявлені фосфодиефирні зв'язки, що утворюються між ОН-групою в положенні 5' дезоксирибози одного нуклеотида і ОН-групою в положенні 3' пентози іншого (рис. 5).

Рис. 5. Фрагмент первинної структури ДНК.

При цьому азотисті основи певним чином з'єднуються між собою за принципом компліментарності (доповнення): пуринові основи доповнюють піримідинові. Наприклад, аденін завжди з'єднується тільки з тиміном, а гуанін – з цитозином.

Молекулярний вміст у ДНК пуринів дорівнює вмістові піримідинів, тобто вміст аденіну дорівнює вмістові тиміну (А = Т або А/Т =1), вміст гуаніну дорівнює вмістові цитозину (Г = Ц або Г/Ц = 1), сумарний вміст аденіну і гуаніну дорівнює сумарному вмістові цитозину і тиміну (А + Г) = (Ц + Т) або (А + Г): (Ц + Т) = 1.

Крім того встановлено, що кількість аміногруп, що входять до складу ДНК пуринових основ (аденіну і гуаніну), дорівнює кількості аміногруп (6), що входять до складу піримідинових основ (цитозину і тиміну) (рис. 6).

Рис. 6. Компліментарність основ у ДНК.

Між аденіном і тиміном утворюються два гідрогенні зв'язки, а між гуаніном і цитозином – три.

Усі ці дані дозволили американським хімікам Дж. Уотсону і Ф. Лементу створити модель вторинної структури ДНК, що являє собою двотяжну антипаралельну спіраль. Схематично це можна показати у виді кручених сходів (рис.7).

Рис. 7. Схематичне зображення подвійної спіралі ДНК.

Крім первинної і вторинної структур, розрізняють також і третинну структуру нуклеїнових кислот, зв'язану з просторовим розташуванням ДНК.

Рибонуклеїнова кислота. Будова РНК за характером зв'язків між окремими нуклеотидами ланцюга така ж, як і в молекулі ДНК. Залишок пентози одного нуклеотиду в РНК з'єднується складноефірним зв'язком із залишком фосфорної кислоти іншого мононуклеотиду.

Основні характеристики нуклеїнових кислот представлені в таблиці 2.

Таблиця 2 – Основні характеристики нуклеїнових кислот

Більшість типів РНК, на відміну від ДНК, являє собою однотяжну спіраль. Нитка РНК закручується сама по собі в спіраль, утворює водневі зв'язки між азотистими основами аденін-урацил-гуанін-цитозин. РНК зосереджена, в основному, в цитоплазмі, але нерідко зустрічається і у ядрі. Особливо багаті на РНК ядерце і рибосомальна фракція мікросом.

РНК виконує дещо інші функції, ніж ДНК. Вона «зчитує» інформацію з ДНК про порядок чергування азотистих основ і несе її в цитоплазму. РНК відповідальна за специфічність синтезованих молекул.

У клітинах існує три головних різновиди РНК: матрична – інформаційна (М-РНК), рибосомальна (Р-РНК) і транспортна (Т-РНК).

Біозінтез білка. Репродукція білків у всіх організмів відбувається за принципом матричного синтезу за участю нуклеїнових кислот. Під матричним синтезом мається на увазі процес відтворення білків у точній відповідності з програмою. Носієм і хоронителем генетичної інформації є ДНК. Саме в послідовності нуклеотидів ДНК запрограмована інформація, тобто складена матриця, відповідно до якої синтезується визначений білок.

Матрична (М-РНК) синтезується в ядрі і присутня як у ядрі, так і в цитоплазмі. Вона складає 4-10 % РНК клітини. Молекулярна маса М-РНК коливається від 3 × 10⁵ до 2 × 10⁶ Да. Цей вид РНК містить чотири азотистих основи: аденін, гуанін, цитозин і урацил. М-РНК відіграє роль сполучної ланки між ядерною ДНК і рибосомами, вона передає генетичну інформацію від ДНК на поліпептидний ланцюг білка, що синтезується. Ферментативним шляхом відбувається "переписування" інформації з хромосомної ДНК. Після одержання інформації М-РНК переходить на рибосоми і стає матрицею для синтезу білка. Синтез кожного білка в клітині забезпечується специфічною М-РНК.

Рибосомальна (Р-РНК) у клітині тісно зв'язана з білками рибосом, утворює рибонуклеопротеїни. Вона складає 75-80 % усієї РНК клітки. Молекулярна маса Р-РНК – від 5 ´ 10⁵ до 1,2 ´ 10⁶ Да.

Транспортна (Т-РНК) знаходиться головним чином у цитоплазмі, де вона складає 10…15 % РНК клітини. Молекулярна маса Т-РНК – від 1,8 ´ 10⁴ до 3,5 ´ 10⁴ Да. Поряд з аденіном, гуаніном, урацилом і цитозином Т-РНК містить визначену кількість так званих мінорних основ. Функція Т-РНК полягає в доставці до рибосом визначених амінокислот. Кожна амінокислота має свою особливу Т-РНК.

Читайте також:

1. Білки – це високомолекулярні органічні біополімери, мономерами яких є амінокислоти.
2. Біологічна безпека харчової сировини і продуктів
3. Біологічна дія іонізуючих випромінювань
4. Біологічна дія іонізуючих випромінювань
5. Біологічна дія іонізуючих випромінювань. Ознаки радіаційного ураження
6. Біологічна дія іонізуючого випромінювання
7. БІОЛОГІЧНА ДІЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ
8. БІОЛОГІЧНА КОРОЗІЯ БУДІВЕЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ
9. Біологічна роль
10. Біологічна роль
11. Біологічна роль білків
12. Біологічна, соціальна та психологічна сутність здоров’я.

Переглядів: 3306